Электрические измерения неэлектрических величин

При контроле технологических процессов приходится производить измерения различных, в том числе неэлектрических величин. Среди множества физических величин большая часть относится к неэлектрическим (температура, влажность, скорость, ускорение, перемещение и т.д.). При измерениях таких величин часто возникают задачи дистанционного измерения, передачи, регистрации и обработки измерительной информации. Наилучшим образом эти задачи решаются путем преобразования измеряемой неэлектрической величины Х_НЭ в электрический сигнал Х_Э, связанный с измеряемой величиной однозначной функциональной зависимостью Х_Э = f (Х_НЭ). Полученный электрический сигнал измеряется средствами электрических измерений или может быть передан по линии связи на значительное расстояние.

Наиболее важные причины широкого применения электрических приборов для измерения неэлектрических величин заключаются в следующем:

1. Электроизмерительные приборы лучше неэлектрических приборов позволяют осуществлять дистанционные измерения, благодаря чему обеспечиваются в одном месте различных по своей природе параметров, контролируемых нередко в территориально удаленных друг от друга и недоступных для наблюдения точках.

2. Электроизмерительные приборы легче поддаются автоматизации, что значительно улучшает их качество. Автоматизация исключает субъективные свойства оператора. В электроизмерительных приборах имеются широкие возможности для автоматического и непрерывного проведения математических операций над результатами измерений, что позволяет автоматически вводить поправки, интегрировать, дифференцировать результат и т. д.

3. Электроизмерительные приборы более удобны, чем неэлектрические для решения задач автоматического управления.

4. Электроизмерительные приборы дают возможность регистрировать как очень медленно меняющиеся величины, так и быстро меняющиеся, имеют широкий диапазон пределов измерения.

Преобразование неэлектрической величины в электрическую осуществляется с помощью измерительных преобразователей ИП – датчиков. Структурная схема любого средства измерения неэлектрических величин электрическими методами содержит такой измерительный преобразователь (рис. 14.6, а). Измеряемая неэлектрическая величина Х_НЭ подается на вход измерительного преобразователя ИП. Выходная электрическая величина Х_Э преобразователя измеряется электрическим измерительным устройством ЭИУ. В зависимости от рода выходной электрической величины и требований, предъявляемых к прибору, электрическое измерительное устройство может быть различной степени сложности. В одном случае – это магнитоэлектрический милливольтметр, а в другом – автоматический потенциометр или цифровой измерительный прибор. Обычно шкала отсчетного устройства ЭИУ градуируется в единицах измеряемой неэлектрической величины.

На рассматриваемой структурной схеме не указаны вспомогательные узлы (например, блоки питания).

На рис. 14.6, б в качестве примера показан электрический прибор, предназначенный для измерения температуры. В этом приборе: ТП – термопара, ЭДС которой является функцией измеряемой температуры; mV – милливольтметр для измерения ЭДС термопары. В данном случае термопара – измерительный преобразователь, а милливольтметр – электрическое измерительное устройство.

Измерительные преобразователи классифицируют по роду измеряемой величины (температуры, давления, влажности и др.) и по выходной величине (генераторные, параметрические).

Выходным сигналом генераторных датчиков является ЭДС, напряжение, ток или электрический заряд, функционально связанные с измеряемой величиной. В параметрических преобразователях выходной величиной является изменение параметра электрической цепи (R, L, C).

Важнейшими метрологическими характеристиками измерительных преобразователей являются: номинальная статическая характеристика преобразования, чувствительность, основная и дополнительные погрешности, динамические характеристики и др.

Промышленностью выпускаются как отдельные измерительные преобразователи неэлектрических величин, так и приборы для измерения неэлектрических величин, неотъемлемой частью которых является соответствующий датчик.

Поскольку средства электрических измерений, применяемые при измерениях неэлектрических величин, имеют, как правило, несравненно лучшие метрологические характеристики по сравнению с датчиками неэлектрических величин, то основной вклад в погрешность результата измерения вносится составляющей, обусловленной погрешностью датчика. Это необходимо иметь в виду при выборе датчиков неэлектрических величин для решения конкретной измерительной задачи.

Рассмотрим принципы действия и устройство некоторых преобразователей неэлектрических величин.

Дата добавления: 2014-01-07